Interações de zíper estérico em peptídeo cristalino artificial β

Jul 11, 2023

2 de agosto de 2023

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pelo Instituto de Tecnologia de Tóquio

Os zíperes estéricos são um tipo específico de estrutura de empacotamento hidrofóbica que se forma entre duas camadas adjacentes de folhas β peptídicas em amilóides e fibrilas semelhantes. Estas estruturas desempenham um papel crucial na estabilidade e propagação de fibrilas amilóides e podem auxiliar na concepção de novos materiais à base de péptidos. No entanto, a criação de zíperes estéricos artificiais é um desafio devido à forte tendência de agregação dos peptídeos de folha β. Isto muitas vezes leva à formação de géis e fibrilas, dificultando a obtenção de estruturas na sua forma cristalina.

Agora, em um novo estudo publicado no Journal of the American Chemical Society, pesquisadores do Japão, liderados pelo professor associado Tomohisa Sawada do Instituto de Tecnologia de Tóquio (Tokyo Tech), apresentaram uma nova abordagem para a construção de zíperes estéricos artificiais cristalinos.

"Embora estudos anteriores tenham revelado que fragmentos de peptídeos derivados de sequências de proteínas nativas exibem estruturas de zíper estéricas, seus designs de novo raramente foram estudados", explica o Dr. Sawada.

Os pesquisadores começaram preparando estruturas tetrapeptídicas Boc-3pa-X1-3pa-X2-OMe personalizadas, onde Boc se refere a terc-butoxicarbonil, 3pa representa β-(3-piridil)-ʟ-alanina, OMe é o grupo metoxi, e X1 e X2 denotam os aminoácidos hidrofóbicos, nomeadamente alanina, valina, leucina, treonina e fenilalanina.

As estruturas tetrapeptídicas foram concebidas de modo que os grupos piridilo e os grupos hidrofóbicos de aminoácidos formassem cadeias laterais em ambos os lados da estrutura peptídica. Este arranjo específico dos resíduos na sequência peptídica desempenhou um papel crucial na formação de zíperes estéricos no estado cristalino.

Os fragmentos tetrapeptídicos foram introduzidos em microtubos juntamente com um sal metálico (Zn(NCS)2, AgNTf2 ou AgOTf) e incubados à temperatura ambiente. Esses sais permitiram a formação de ligações de coordenação reversíveis entre o grupo piridil dos peptídeos e os íons metálicos. Essencialmente, esta interação evitou a agregação incontrolável de peptídeos de folha β, levando à formação de cristais em forma de agulha contendo zíperes estéricos.

Usando diferentes combinações de aminoácidos hidrofóbicos em peptídeos, os pesquisadores construíram várias estruturas de zíper estérico. Aminoácidos hidrofóbicos contendo cadeias laterais metila, como grupos alanina, valina e leucina, resultaram em zíperes estéricos de classe 1, com estruturas peptídicas dispostas paralelamente entre si.

Além disso, o tipo de interação entre as folhas β dependia do volume estérico das cadeias laterais alquílicas presentes nos aminoácidos hidrofóbicos. Por exemplo, estruturas tetrapeptídicas contendo alanina, que possui uma cadeia lateral metílica menor, exibiram estruturas interligadas por interdigitação. Em contraste, quando as cadeias laterais alquílicas dos aminoácidos hidrofóbicos eram maiores, como na valina e na leucina, as folhas β estavam ligadas através de contato hidrofóbico.

Notavelmente, os pesquisadores observaram pela primeira vez um zíper estérico de classe 3. Estas estruturas únicas surgiram devido a aminoácidos hidrofóbicos com grupos laterais diferentes dos grupos alquil, como treonina e fenilalanina. Nestes zíperes, duas folhas β estavam voltadas na mesma direção, aumentando a diversidade de configurações de zíperes estéricos.

Finalmente, os pesquisadores estenderam o sistema para um zíper tipo botão usando fragmentos de pentapeptídeos. "O projeto de materiais peptídicos baseados em zíperes estéricos tem sido até agora limitado a sistemas biológicos. Os presentes resultados abrem um novo caminho para o projeto de materiais peptídicos artificiais baseados nessas estruturas", observa o Dr. Sawada.